KR20080047449A - Radial seal and method of making - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전반적으로 반경방향 시일에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 엘라스토머 케이싱 층에 직접 접합되는 반경방향 샤프트 시일과 같은 개량된 불소중합체 반경방향 시일에 관한 것이다. The present invention relates generally to radial seals. More particularly, the present invention relates to an improved fluoropolymer radial seal, such as a radial shaft seal that is directly bonded to the elastomer casing layer.
차량 에어 컨디셔너 압축기, 과급기, 파워 스티어링 펌프, 및 엔진 크랭크샤프트의 주 회전 샤프트를 실링하는데 사용하도록 설계된 반경방향 샤프트 시일은, 시일될 유체나 가스를 향한 제 1 실링 요소가 천연 고무나 합성 고무와 같은 엘라스토머이도록 설계된 복합 실링 요소를 사용할 수 있다. 일반적으로 엘라스토머는 샤프트에 시일을 제공하기 위하여 충분한 가요성과 탄성을 구비한다. 제 2 스티퍼, 즉 보다 낮은 마찰 및 내화학성 시일 요소가 엘라스토머 시일 뒤에서 일렬로 위치되어, 축선방향 갭이 스티퍼 내마모성 시일의 실링 에지와 보다 탄성적인 엘라스토머 실링 요소의 후방 실링 에지 사이에 제공된다. 제 2 실링 요소는 대체로 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)의 기계적, 마찰공학적 또는 여러 특성을 제어하기 위하여 하나 이상의 충전기 재료를 통합하는 충전된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)나 또는 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 불소중합체로부터 만들어진다. Radial shaft seals designed for use in sealing vehicle air conditioner compressors, superchargers, power steering pumps, and the main rotating shaft of an engine crankshaft, have a primary sealing element for the fluid or gas to be sealed, such as natural or synthetic rubber. Composite sealing elements designed to be elastomers can be used. In general, the elastomer has sufficient flexibility and elasticity to provide a seal to the shaft. A second stepper, i.e., a lower friction and chemical resistant seal element, is positioned in line behind the elastomeric seal so that an axial gap is provided between the sealing edge of the stripper wear resistant seal and the rear sealing edge of the more elastic elastomeric sealing element. The second sealing element is generally polytetrafluoroethylene (PTFE) or polytetrafluoro, incorporating one or more filler materials to control the mechanical, tribological or various properties of polytetrafluoroethylene (PTFE). It is made from fluoropolymers such as roethylene.
기술상 일반적으로, 이러한 시일 구조물의 요소는 전형적으로 함께 조립되고 크림핑 공정(crimping process)을 사용하여 한 유닛으로 함께 클램프된다. 이러한 공정에 있어서, 고무 요소와 PTFE 구성요소는 시일을 성형하기 위하여 2개의 강성 케이싱 사이에서 크림프된다. PTFE 구성요소가 또한 고무 요소와 강성의 케이싱 중 어느 한 케이싱 사이에서 크림프되는 것이 일반적이다. 전체에 걸친 시일을 성형하기 위하여 접합되거나 클램프될 평평한 PTFE 워셔나 예비성형된 원추형 구조물을 사용하는 것이 기술상 잘 알려져 있다. Generally in technology, the elements of such seal structures are typically assembled together and clamped together in a unit using a crimping process. In this process, the rubber element and the PTFE component are crimped between two rigid casings to form the seal. It is common for the PTFE component to also be crimped between the rubber element and either of the rigid casings. It is well known in the art to use flat PTFE washers or preformed conical structures to be joined or clamped to form a seal throughout.
여러 반경방향 샤프트 시일 설계품이 또한 엘라스토머와 PTFE 구성요소의 크림핑이나 클램핑을 강성의 케이싱내에서 사용하지 않도록 제안되나, 그러나 오히려, 엘라스토머 부재를 PTFE 실링 요소와 금속 케이싱 양자에 성형함으로써 PTFE 실링 요소가 금속 케이싱에 부착되는 상기 금속 케이싱을 사용한다. 이러한 설계에 있어서, PTFE 요소는 엘라스토머 실링 요소의 하중을 지지하고 제어하도록 베어링 부재로서만 사용될 수 있어서, 실링 기능이 엘라스토머 실링 요소에 의해서 전체적으로 실행된다. 이러한 시일 구성의 실시예가 Cather에게 허여된 미국 특허문헌 제4,274,641호에 개시되어 있다. 이러한 구성에 있어서 PTFE 베어링 부재와 엘라스토머 실링 립이 일렬로 접합되고 샤프트면과 함께 접촉한다. 이와 유사하게, 여러 시일 설계가 Johnston 등에게 허여된 미국 특허문헌 제6,428,013호에 개시되었으며, 여기서 PTFE 실링 요소와 엘라스토머 요소가, 실링에 영향을 받게 될 샤프트 면과 접촉한 상태이다. Several radial shaft seal designs are also proposed not to use crimping or clamping of elastomeric and PTFE components in rigid casings, but rather, PTFE sealing elements by forming elastomeric members to both PTFE sealing elements and metal casings. The metal casing which is attached to the temporary metal casing is used. In this design, the PTFE element can only be used as a bearing member to support and control the load of the elastomeric sealing element, so that the sealing function is performed entirely by the elastomeric sealing element. Examples of such seal configurations are disclosed in US Pat. No. 4,274,641 to Cather. In this configuration, the PTFE bearing member and the elastomeric sealing lip join in line and contact with the shaft face. Similarly, several seal designs are disclosed in US Pat. No. 6,428,013 to Johnston et al., Wherein the PTFE sealing element and the elastomeric element are in contact with the shaft face that will be affected by the sealing.
더욱이 다른 시일 설계가 또한 유체 시일을 제공하기 위하여 엘라스토머 실 링 요소를 통합하지 않고 PTFE 실링 요소 상에 전적으로 놓여있도록 제안된다. 이러한 반경방향 샤프트 시일 설계 중 하나가 Bucher 등에게 허여된 미국 특허문헌 제4,650,196호에 개시되어 있다. Bucher 등의 문헌에 있어서, PTFE 요소는 그 길이부를 넘어서, 강성의 케이싱에 차례로 접합된 엘라스토머 케이싱에 접합된다. 이와 유사하게, Johnston 등에게 허여된 문헌에 있어서, 제 1 실링 요소와 같은 PTFE 실링 요소를 통합한 수개의 실링 설계품이 개시되어 있다.Moreover, other seal designs are also proposed to rest entirely on the PTFE sealing element without incorporating an elastomeric seal ring element to provide a fluid seal. One such radial shaft seal design is disclosed in US Pat. No. 4,650,196 to Bucher et al. In Bucher et al., PTFE elements are bonded to elastomeric casings, which in turn are joined to rigid casings, beyond their length. Similarly, in the literature to Johnston et al, several sealing designs are disclosed that incorporate a PTFE sealing element, such as the first sealing element.
상기 기재한 바와 같은 관련 기술의 반경방향 샤프트 설계의 하나의 한정된 사항은 PTFE 실링 요소가 그 전체 길이부를 따라서 시일되지 않는다는 것이다. 예를 들면, Johnston 등의 설계에 있어서, PTFE 실링 요소는 그 전체 길이부를 따라서 샤프트와 접촉하지 않는다. 이것은 또한 이용가능한 PTFE 실링재의 차선의 사용을 유도하는 Bucher 등의 PTFE 부재에 대한 경우이다. 더욱이, 이러한 반경방향 시일 설계는 또한 PTFE 실링 요소 자체에 의하여 샤프트나 다른 실링 면에 가해진 실링 압력의 제한된 제어를 제공하거나, 또는 PTFE의 제한된 접촉 면적 때문에 엘라스토머 케이싱과 PTFE 실링 요소의 조합에 의하여 샤프트나 다른 실링 면에 가해진 실링 압력의 제한된 제어를 제공한다. 상기 기재한 제한 이외에도, 관련 기술의 반경방향 샤프트 시일 설계는 또한 샤프트 상에 또는 시일될 다른 부재 상에 시일의 설치와 관련된 공지된 제한을 갖는다. PTFE 립(lip)이 제 1 실링 립인 경우의 다수의 공지된 설계품이 시일된 구역에서 유체 측, 통상적으로는 오일 측을 향한 반경방향 실링 립의 자유단부를 구비하고 있다. 이러한 구성은 원형 샤프트와 같은 것에 설치되는 것이 어렵다고 알려졌으며, PTFE 재료의 표면에 흠을 내거나 상기 표면에 손상을 입혀서 상기 시일과의 상관관계를 훼손시키는 것을 피하기 위하여 샤프트 상에 상기 시일을 조립하기 위한 특정 조립 대책이나 방법, 및 특정 고정구와 설치 공구의 사용을 필요로 한다. PTFE와 같은 불소중합체 실링 재료는 시일을 효과적으로 할 수 있는 실링면에 흠을 내거나 다른 표면 손상에 매우 민감하다고 알려져 있다. 시일을 설치하는 동안에 시일의 설치 능력을 강화하고 흠이 나거나, 뒤집어 접히거나, 또는 주름지는 경향을 감소시키기 위하여, 뒤집혀 놓여있는 PTFE 실링 요소의 구성이 Johnston 등의 문헌에서처럼 제안되며, 여기서 실링 요소의 자유 단은 설치물의 오일 측으로부터 멀리 향해 있다. 그러나, 이러한 시일 구성은 상기 기재한 바와 같은 여러 제한을 계속 받는 것으로 여겨지고 있다.One limitation of the radial shaft design of the related art as described above is that the PTFE sealing element is not sealed along its entire length. For example, in Johnston et al. Design, the PTFE sealing element does not contact the shaft along its entire length. This is also the case for a PTFE member such as Bucher which leads to the use of suboptimal lanes of available PTFE sealing material. Moreover, this radial seal design also provides limited control of the sealing pressure exerted on the shaft or other sealing face by the PTFE sealing element itself, or by a combination of elastomer casing and PTFE sealing element due to the limited contact area of PTFE. Provides limited control of the sealing pressure applied to the other sealing face. In addition to the limitations described above, the radial shaft seal design of the related art also has known limitations relating to the installation of the seal on the shaft or on another member to be sealed. Many known designs where the PTFE lip is the first sealing lip have a free end of the radial sealing lip towards the fluid side, typically the oil side, in the sealed area. This configuration is known to be difficult to install in such as circular shafts, and for assembling the seal on the shaft to avoid damaging the surface of the PTFE material or damaging the surface to compromise the seal. It requires specific assembly measures and methods and the use of specific fixtures and installation tools. Fluoropolymer sealing materials such as PTFE are known to be very susceptible to scratching or other surface damage to sealing surfaces that can effectively seal. In order to enhance the installation capacity of the seal and reduce the tendency to scratch, flip or fold during the installation of the seal, the construction of the inverted PTFE sealing element is proposed as in Johnston et al. The free end faces away from the oil side of the installation. However, such seal configurations are believed to continue to be subject to various limitations as described above.
따라서, 관련 기술의 시일 설계의 제한을 극복할 수 있는 PTFE 실링 요소를 구비한 반경방향 샤프트 시일을 개량시키는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to improve the radial shaft seals with PTFE sealing elements that can overcome the limitations of the seal design of the related art.
본 발명은 불소중합체 실링 요소를 구비한 반경방향 샤프트 시일과 같은 반경방향 시일에 관한 것으로서, 상기 시일에는 엘라스토머 케이싱이 이 엘라스토머 케이싱에는 강성의 금속 케이싱과 같은 강성의 케이싱이 접합된다. 본 발명의 반경방향 시일은 또한 먼지 배출 립 및 정적(static) 공기 시일과 같은 엘라스토머 케이싱에 성형된 추가 특징부를 통합할 수 있으며, 이들 립과 시일은 시일의 설치, 시험(즉 공기 누출 시험) 또는 작동을 더욱 강화시킨다. The present invention relates to a radial seal, such as a radial shaft seal with a fluoropolymer sealing element, in which the elastomer casing is joined to the elastomer casing, which is rigid casing such as a rigid metal casing. The radial seals of the present invention can also incorporate additional features molded into elastomer casings such as dust ejecting lips and static air seals, which can be installed, tested (ie air leak test) or Further enhances operation.
본 발명은, 일 양태에 있어서, 강성의 케이싱을 포함한 반경방향 시일에 관한 것이다. 또한 시일은 강성의 케이싱에 접합되고 상기 케이싱의 내부에 위치된 엘라스토머 케이싱을 포함한다. 엘라스토머 케이싱은 강성의 케이싱으로부터 반경방향 내측으로 뻗어있고 그 케이싱의 축방향을 따라서 뻗어있는 축방향 스프링 부재를 구비하고 있다. 축방향 스프링 부재는 엘라스토머 케이싱으로부터 뻗어있는 넥부와, 이 넥부에 부착되고 접합면을 구비한 시일 부착부를 포함한다. 시일은 또한 접합면과 실링면을 구비한 프리스트레스된 불소중합체 시일(pre-stressed fluoropolymer seal)을 포함한다. 본드는 프리스트레스된 불소중합체 시일의 접합면을 시일 부착부의 접합면과 연결시킨다. 스프링 부재의 시일 부착부는 샤프트의 맞물림 면과 결합할 때, 그 실링면 전체를 따라서 불소중합체 시일의 실링 접촉을 제공하도록 작동될 수 있다.The present invention, in one aspect, relates to a radial seal comprising a rigid casing. The seal also includes an elastomeric casing bonded to the rigid casing and located inside the casing. The elastomeric casing has an axial spring member extending radially inward from the rigid casing and extending along the axial direction of the casing. The axial spring member includes a neck portion extending from the elastomer casing and a seal attachment portion attached to the neck portion and having a joining surface. The seal also includes a pre-stressed fluoropolymer seal having a bonding surface and a sealing surface. The bond connects the bonding surface of the prestressed fluoropolymer seal with the bonding surface of the seal attachment. When the seal attachment portion of the spring member engages with the engagement surface of the shaft, it can be operated to provide a sealing contact of the fluoropolymer seal along the entire sealing surface thereof.
본 발명의 제 2 양태에 있어서, 넥부는 대체로 선형의 프로파일, 곡선형의 프로파일, 벨로우 프로파일을 포함한 다수의 형상 또는 프로파일 중 어느 하나이거나, 또는 여러 알려진 형상 또는 프로파일 중 어느 하나일 수 있다. 이것은 엘라스토머 케이싱의 부착부와 넥부를 포함한, 스프링 및 축선방향 스프링 부재의 여러 특성(즉, 힘, 가요성, 및 추종성(followability))에 맞출 수 있는 장점을 제공한다. In a second aspect of the invention, the neck portion can be any one of a number of shapes or profiles, including generally linear, curved profiles, bellow profiles, or any of several known shapes or profiles. This provides the advantage of adapting to the various properties of the spring and axial spring members (ie force, flexibility, and followability), including the attachment and neck of the elastomer casing.
본 발명의 제 3 양태에 있어서, 대체로 일정한 실링 압력을 불소중합체 시일 요소에 가하기 위하여, 축선방향과 반경방향으로 대체로 일정할 수 있거나 또는 변할 수 있는 실링 압력을 불소중합체 시일 요소의 축선방향 길이부를 따라서 제공하기 위하여 축선방향 스프링 부재의 부착부의 두께가 축선방향으로 변할 수 있다. In a third aspect of the invention, in order to apply a generally constant sealing pressure to the fluoropolymer seal element, a sealing pressure that may be substantially constant or may vary in the axial and radial directions along the axial length of the fluoropolymer seal element. The thickness of the attachment portion of the axial spring member may vary in the axial direction to provide.
본 발명의 제 4 양태에 있어서, 불소중합체 실링 요소는 부가적으로 불소 중합체 요소의 접합면에 있는 여러 실링 특징부와 통합되며, 상기 불소중합체 요소는, 나사부가 형성되거나 여러 연속한 홈 패턴, 또는 하나 이상의 원주방향 홈 또는 채널의 패턴이나 또는 다른 불연속의 홈 패턴, 또는 이러한 것들의 조합을 포함한다. 이들 홈 패턴은 불소중합체 요소의 길이부를 따라서 깊이가 일정하거나 변할 수 있다. 홈은 또한 교호로 상승된 리브로 이루어진다. 이들 홈은, 반경방향 시일을 작동시킴으로써, 즉 실링면의 회전과 관련된 유체의 유체역학적 펌핑 작동을 제공함으로써, 시일될 오일과 같은 유체의 수용(retention)을 보강한다는 장점을 제공한다. In a fourth aspect of the invention, the fluoropolymer sealing element is additionally integrated with several sealing features at the bonding surface of the fluoropolymer element, the fluoropolymer element comprising a threaded or several continuous groove pattern, or One or more circumferential grooves or channels, or other discontinuous groove patterns, or combinations thereof. These groove patterns may be constant or vary in depth along the length of the fluoropolymer element. The grooves also consist of alternately raised ribs. These grooves offer the advantage of reinforcing the retention of a fluid, such as oil to be sealed, by actuating the radial seal, ie by providing hydrodynamic pumping of the fluid associated with rotation of the sealing surface.
본 발명의 제 5 양태에 있어서, 반경방향 시일은 부가적으로 상기 반경방향 시일의 공기측에서 엘라스토머 케이싱으로의 공기 립 또는 시일을 포함한다. 이러한 시일은 정적 시일인 것이 바람직하나, 반경방향 시일과 통합되는 장치가 제조되는 동안 및/또는 상기 장치가 사용하는 동안 초기 프로세스나 인-프로세스 테스팅과 같은 한정된 기간에 일시적으로 또는 순간적으로 동적(dynamic) 시일과 관련하여 사용될 수도 있다. 내연기관과 관련해서, 이것은 엔진의 제조와 조립 공정 동안에 엔진의 인-프로세스 압력 테스팅의 장점을 제공하며, 상기 테스팅을 용이하게 하기 위하여 반경방향 시일에 의해 시일될 샤프트 면 상에 일시적이거나 또는 인-프로세스 시일을 제공할 필요가 없이, 엔진의 채용이나 폐기를 용이하게 한다. In a fifth aspect of the invention, the radial seal additionally comprises an air lip or seal from the air side of the radial seal to the elastomer casing. Such a seal is preferably a static seal, but temporarily or momentarily during a limited period of time, such as initial process or in-process testing, during the manufacture of a device incorporating a radial seal and / or during use of the device. ) May be used in connection with the seal. In the context of an internal combustion engine, this offers the advantage of in-process pressure testing of the engine during the manufacturing and assembly process of the engine, which is temporary or in-plane on the shaft face to be sealed by a radial seal to facilitate the testing. There is no need to provide a process seal, which facilitates the adoption or disposal of the engine.
본 발명의 제 6 양태에 있어서, 반경방향 시일은, 설치된 장치를 사용하는 동안에 불소중합체 시일 요소로부터 먼지와 다른 오염물질을 신속하게 배출하기 위하여, 시일의 공기측에서 엘라스토머 케이싱으로 하나 이상의 일체형 먼지 배출 립을 부가적으로 통합할 수 있다. In a sixth aspect of the invention, the radial seal discharges one or more integral dusts into the elastomer casing on the air side of the seal, in order to expel dust and other contaminants from the fluoropolymer seal element during use of the installed device. Lips can be additionally integrated.
본 발명의 제 7 양태에 있어서, 프리스트레스된 불소중합체 요소는 상기 불소중합체 요소의 길이부를 따라서 길이방향으로 크기가 변하는 스트레스 프로파일을 일반적으로 갖는다. 장점적으로, 이러한 스트레스 프로파일은, PTFE 요소를 주형에서의 최종 위치로 신장한 이후에 PTFE 요소가 받게되는 프리스트레스 양에 따라서, 요소의 두께 및/또는 요소의 두께 프로파일을 제어함으로써 만들어질 수 있다. 더욱이, 불소중합체 요소를 신장시키는 방법은, 신장된 시일이 어떻게 반경방향 시일의 다른 요소와 함께 주형으로 부하가 걸리는가에 기초하여 상기 요소가 스트레스 프로파일을 갖으면서 2개의 방향(한 방향은 다른 한 방향과 반대방향임) 중 어느 한 방향으로 향하게 한다. In a seventh aspect of the invention, the prestressed fluoropolymer element generally has a stress profile that varies in length along the length of the fluoropolymer element. Advantageously, such a stress profile can be made by controlling the thickness of the element and / or the thickness profile of the element, depending on the amount of prestress that the PTFE element receives after stretching the PTFE element to its final position in the mold. Moreover, the method of stretching the fluoropolymer element is based on how the elongated seal is loaded into the mold along with the other elements of the radial seal, with the element having a stress profile in two directions (one direction the other direction). In the opposite direction).
본 발명의 제 8 양태에 있어서, 본 발명의 반경방향 시일은 기본 구성 또는 뒤집혀 놓여있는 구성으로 구성될 수 있다. 이들 구성 중 어느 한 구성에 있어서, 본 발명의 반경방향 시일은 샤프트 또는 시일될 다른 면에 시일의 설치와 관련된 잠재적인 시일 손상 문제에 보다 덜 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 실제로, 본 발명의 반경방향 시일의 구성은, 기본적으로 2개의 자유 단을 구비하고 이에 따라 시일이 관련 기술의 시일 설계보다 자유단으로부터 먼저 설치되는 지의 여부에 관한 차이를 덜 갖는다는 사실에 의하여, 종래의 설치 구성과 뒤집혀 놓여 있는 설치 구성 사이의 차이를 감소시킨다. 이것은 양방향으로 놓여 있는 구성을 더 잘 나타낸다. 더욱이, 이러한 특징에는 불소중합체 요소에서의 프리스트레스 레벨을 향하는 능력이 포함될 수 있어서, 최고 레벨의 프리스트레스와 이에 따른 최대 실링력이 시일의 설치 단부에 보다 가까운 표면에 또는 상기 단부로부터 멀리 시일될 표면에 가해진다. 예를 들면, 불소중합체 요소는, 실링 면에 가해진 실링력이 시일의 설치를 향상시키기 위하여 설치 단부에 보다 가깝게 낮아지도록 향해진 프리스트레스 레벨 프로파일을 갖는 시일에 위치된다. In an eighth aspect of the invention, the radial seal of the invention may be constructed in a basic configuration or in an upside down configuration. In either of these configurations, the radial seal of the present invention is known to be less susceptible to potential seal damage issues associated with the installation of the seal on the shaft or other side to be sealed. Indeed, the configuration of the radial seal of the present invention is basically due to the fact that it has two free ends and thus has less difference as to whether the seal is installed first from the free end than the seal design of the related art. It reduces the difference between the conventional installation configuration and the installation configuration that is upside down. This better represents the configuration lying in both directions. Moreover, this feature may include the ability to direct the prestress level in the fluoropolymer element such that the highest level of prestress and thus the maximum sealing force is applied to a surface closer to the installation end of the seal or to a surface to be sealed away from the end. All. For example, the fluoropolymer element is located in a seal with a prestress level profile directed such that the sealing force applied to the sealing face is lowered closer to the installation end to improve the installation of the seal.
본 발명의 제 9 양태에 있어서, 반경방향 시일을 만들기 위한 새로운 방법은: 내경부와 외경부를 구비한 프리스트레스된 불소중합체 시일을 성형하기 위하여 맨드릴 장치를 사용한 내경부와 적어도 상기 내경부에 대한 외경부를 구비하고 있는 불소중합체 시일 프리폼을 신장시키는 단계; 주형 공동을 구비한 주형에서 접합면과 실링면을 구비한 프리스트레스된 불소중합체 시일을 위치시키는 단계, 여기서 상기 접합면은 상기 주형 공동에 노출됨; 프리스트레스된 불소중합체 시일 근방의 주형 공동 내에 강성의 케이싱을 위치시키는 단계; 및 강성의 케이싱을 따라서 축방향으로 그리고 상기 케이싱으로부터 반경방향 내측으로 뻗어있는 축방향 스프링 부재를 구비하고, 상기 강성의 케이싱에 접합되고 상기 케이싱의 내측에 위치된 엘라스토머 케이싱을 성형하기 위하여 엘라스토머 재료를 주형 공동에 삽입하는 단계;를 포함하며, 상기 축방향 스프링 부재는 상기 엘라스토머 케이싱으로부터 뻗어있는 넥부와 상기 넥부에 부착되고 접합면을 구비한 시일 부착부를 포함하며, 상기 넥부는 프리스트레스된 불소중합체 시일의 접합면을 시일 부착부의 접합면에 연결하는 본드를 구비하고, 상기 시일 부착부는 샤프트의 맞물림 면과 결합될 때 전체 실링면을 따라서 불소중합체 시일의 실링 접촉을 제공하도록 작동된다. In a ninth aspect of the invention, a new method for making radial seals comprises: an inner diameter using a mandrel device and at least an outer diameter relative to the inner diameter to form a prestressed fluoropolymer seal having an inner diameter and an outer diameter; Elongating the fluoropolymer seal preform; Positioning a prestressed fluoropolymer seal having a bonding surface and a sealing surface in a mold having a mold cavity, wherein the bonding surface is exposed to the mold cavity; Positioning a rigid casing in a mold cavity near the prestressed fluoropolymer seal; And an axial spring member extending axially and radially inwardly from the casing, the elastomeric material being formed to form an elastomeric casing bonded to the rigid casing and positioned inside the casing. Inserting into a mold cavity, wherein the axial spring member includes a neck portion extending from the elastomer casing and a seal attachment portion attached to the neck portion and having a bonding surface, wherein the neck portion is formed of a prestressed fluoropolymer seal. A bond connecting the bonding surface to the bonding surface of the seal attachment, the seal attachment being operated to provide sealing contact of the fluoropolymer seal along the entire sealing surface when engaged with the engagement surface of the shaft.
도 1은 본 발명의 반경방향 샤프트 시일의 제 1 실시예의 단면도이고;1 is a cross sectional view of a first embodiment of a radial shaft seal of the present invention;
도 2는 본 발명의 반경방향 샤프트 시일의 제 2 실시예의 단면도이고;2 is a cross sectional view of a second embodiment of a radial shaft seal of the present invention;
도 3은 본 발명의 반경방향 샤프트 시일의 제 3 실시예의 단면도이고;3 is a cross sectional view of a third embodiment of a radial shaft seal of the present invention;
도 4는 본 발명의 반경방향 샤프트 시일의 제 4 실시예의 단면도이고;4 is a cross sectional view of a fourth embodiment of a radial shaft seal of the present invention;
도 5는 본 발명의 반경방향 샤프트 시일의 제 5 실시예의 단면도이고;5 is a cross sectional view of a fifth embodiment of a radial shaft seal of the present invention;
도 6은 본 발명의 반경방향 샤프트 시일의 제 6 실시예의 단면도이고;6 is a cross sectional view of a sixth embodiment of a radial shaft seal of the present invention;
도 7은 반경방향 샤프트와 실링 접촉 상태의, 본 발명의 반경방향 샤프트 시일의 단면도이고;7 is a cross-sectional view of the radial shaft seal of the present invention in sealing contact with the radial shaft;
도 8은 맨드릴 위에 또한 주형 코어 상에 불소중합체 시일을 신장시키기 위하여, 불소중합체 시일을 엘라스토머 케이싱과 설치 공구에 접합시키기 전에 불소중합체 시일을 프리스트레스하는데 사용된, 주형 코어에서 하중이 걸린 맨드릴의 단면도이고;8 is a cross-sectional view of a mandrel loaded on a mold core used to prestress the fluoropolymer seal prior to bonding the fluoropolymer seal to the elastomer casing and installation tool, in order to stretch the fluoropolymer seal over the mandrel and onto the mold core. ;
도 9A는 주형 내의 제 1 시일 정위를 도시하는 설치 공구의 작동에 의하여 맨드릴 상에 불소중합체 시일을 신장시키는 동안에 도 8의 맨드릴의 구역 9의 확대단면도이고, 9A is an enlarged cross-sectional view of
도 9B는 주형 내의 제 2 시일 정위를 도시하는 설치 공구의 작동에 의하여 맨드릴 상에 불소중합체 시일을 신장시키는 동안에 도 8의 맨드릴의 구역 9의 확대단면도이고, 9B is an enlarged cross-sectional view of
도 10은 본 발명의 반경방향 샤프트 시일을 성형하는데 사용된 주형 내부에서 강성의 케이싱에 인접하고 주형 코어 상에 위치된 불소중합체 시일의 확대단면 도이고,10 is an enlarged cross-sectional view of a fluoropolymer seal located on a mold core and adjacent to a rigid casing within a mold used to form the radial shaft seal of the present invention;
도 11은 엘라스토머 재료로 주형을 충전하기 전 상태의, 도 10의 구역 11의 확대단면도이고,FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of
도 12는 엘라스토머 재료로써 주형을 충전한 이후의, 도 10의 주형의 구역(11)의 확대 단면도이고; 및12 is an enlarged cross-sectional view of the
도 13은 성형된 시일을 트리밍하기 전(이점쇄선으로 도시)과 트리밍된 이후의 본 발명의 성형된 시일의 단면도이다.13 is a cross-sectional view of the molded seal of the present invention before trimming the molded seal (shown with dashed lines) and after trimming.
본 발명은 회전하는 반경방향 샤프트와 관련하여 유체의 통로를 시일하기 위한 반경방향 샤프트 시일에 관한 것이다. 강성 케이싱에는 엘라스토머 케이싱이 상기 엘라스토머 케이싱에는 프리스트레스된 불소중합체 시일이 이 순서대로 부착된 제 1 실링 부재를 반경방향 샤프트 시일이 구비하고 있다. 일반적으로 사용시, 프리스트레스된 불소중합체 시일은 반경방향 샤프트의 실링면과 유체 타이트 실링상태이다. 반경방향 샤프트 시일은 크랭크샤프트 시일을 포함한 유체 통로를 실링하기 위한 다수의 반경방향으로 회전하는 샤프트 실링 어플리케이션에, 특히 다수의 자동차 어플리케이션에 적합하다. 비록 도시되지는 않았으나, 본 발명이 마모 슬리브 요소를 사용하는 시일에 동일하게 적용할 수 있음을 알 수 있고, 여기서 상기 마모 슬리브 요소는 원형 샤프트에 위치된다.The present invention relates to radial shaft seals for sealing passages of fluid in relation to rotating radial shafts. The radial casing is provided with an elastomeric casing in the rigid casing and a first sealing member in which the prestressed fluoropolymer seal is attached in this order to the elastomer casing. In general use, the prestressed fluoropolymer seal is in fluid tight sealing with the sealing surface of the radial shaft. Radial shaft seals are suitable for many radially rotating shaft sealing applications, in particular for many automotive applications, for sealing fluid passageways including crankshaft seals. Although not shown, it can be seen that the invention is equally applicable to a seal using a wear sleeve element, wherein the wear sleeve element is located on a circular shaft.
도 1-6은 성형되고 트림되는, 본 발명에 따른 반경방향 샤프트 시일(10)의 여러 실시예를 도시하고 있으며, 여기서 상기 시일은 마무리되거나 부분적으로 마 무리된 시일을 제공하기 위하여, 성형 프레스로부터 제거되고 트림된 사출 성형 프레스와 같은 적당한 장치에서 성형된다. 시일(10)은 다수의 공지된 방법 중 어느 한 방법을 사용하여 만들어 질 수 있으며, 상기 방법은 시일(10)을 성형하기 위하여 개재하는 엘라스토머 부재나 케이싱을 사용하여 프리스트레스된 불소중합체 시일을 강성의 케이싱에 연결하기 위하여, 압축, 트랜스퍼, 또는 사출성형, 또는 이런 것들의 조합, 또는 이와 유사한 공정을 포함한다. 1-6 illustrate several embodiments of radial shaft seals 10 according to the present invention, which are molded and trimmed, wherein the seal is from a forming press to provide a finished or partially finished seal. Molded in a suitable device, such as a removed and trimmed injection molding press. The
도 1-도 6에 있어서, 반경방향 샤프트 시일(10)은 외부면(14)과 내부면(16)을 구비한 강성의 케이싱(12)을 포함한다. 시일(10)은 또한 강성의 케이싱에 위치되고 바람직하게는 내부면(16) 내에 적어도 부분적으로 위치되고, 강성의 케이싱(12)에 접합된 바람직하게는 내부면(16)에 적어도 부분적으로 접합된 엘라스토머 케이싱(18)을 포함한다. 엘라스토머 케이싱(18)은 또한 외부면(14)에 부분적으로 위치되고 접합될 수 있다. 엘라스토머 케이싱(18)이 또한 샤프트를 수용한 장치와 관련하여 시일될 유체에 정적 시일을 제공하도록 사용될 수 있고 이를 위하여 본 명세서에 상세하게 기재한 바와 같이 불소중합체 시일 요소가 동적 실링 요소로서 사용된다. 엘라스토머 케이싱(18)은 축방향 스프링 부재(20)를 구비하고, 이 스프링 부재는 강성의 케이싱(12)으로부터 반경방향 내측으로 그리고 축방향으로, 상세하게는 강성의 케이싱(12)의 내부면(16)을 따라서 축방향으로 그리고 상기 내부면으로부터 멀리 반경방향 내측으로 뻗어있다. 그러나, 강성의 케이싱(12)의 형상 및 축방향 스프링 부재(20)의 형상 및 방향에 따라, 축방향 스프링 부재(20)는 또한 예를 들면, 강성의 케이싱(12)이 반경방향 내측으로 굽어진 J자 형상을 갖는 것 처럼 외부면(14)을 따라서 축방향으로 그리고 상기 외부면으로 부터 반경방향으로 멀리 뻗어있다. 축방향 스프링 부재(20)는 일단부(24)와 마주한 다른 단부(26) 상의 엘라스토머 케이싱(18)으로부터 접합면(30)을 구비한 시일 부착부(28)까지 뻗어있는 넥부(22)를 구비하고 있다. 시일 부착부(28)는 일반적으로 넥부(22)가 아닌 축방향 스프링 부재(20)의 리마인더(remainder)를 포함한다. 시일(10)은 또한 프리스트레스되고, 미끄럽고, 낮은 계수의 마찰 불소중합체 시일(32)을 포함하며, 이 시일은 외부 또는 접합면(34)과 내부 또는 실링면(36)을 구비한다. 축방향 스프링 부재(20)는 반경방향 시일(10)의 길이방향 축선(40)을 따라서 축방향으로 뻗어있고, 시일될 면에 대하여 스프링 부재(20)와 불소중합체 시일을 가압하기 위한 스프링 력을 가한다. 반경방향 넥부(22)는 절두원추형 반경방향 요소를 성형한 대체로 선형 또는 곡선형의 프로파일(도 1 및 2), 콘벌루트형의 절두원추형 반경방향 요소를 성형한 콘벌루트형 프로파일(도 3 및 4), 수렴하는 벨로우 형상의 반경방향 요소를 성형한 물결형 또는 파형의 프로파일(도 4 및 5), 및 여러 다른 넥부의 형상과 섹션 프로파일과 같은 다수의 넥부의 형상과 섹션 프로파일 중 하나를 취할 수 있다. 넥부(22)는 시일의 길이방향 축선과 샤프트의 길이방향 축선과 관련되거나, 또는 샤프트가 회전할 때 샤프트의 동적 편심 또는 런아웃(runout)에 대한 약간의 오정렬을 반경방향 시일(10)이 수용할 수 있게 한다. 이것은 종래의 시일 설계보다 우수한 본 발명의 장점으로서 상당한 장점이다. 넥부(22)의 마주한 단부(26)에서, 축방향 스프링 부재(20)는 또한 부착된 축방향으로 뻗어있는 부착부(28)를 포함한다. 부착부(28)는 불소중합체 시일(32)의 길이부 전체를 따라서 뻗어있다. 도 3 및 도 4에 있어서, 부착부(28)의 섹션 두께(t)는 넥부(22)와 연결되는 곳을 제외하고는, 그 길이부를 따라서 대체로 일정하게 도시되어 있다. 이것은 반경방향 시일이 샤프트상에 설치될 때 부착부(28)가 불소중합체 시일(32)에 대체로 일정한 실링 압력을 제공할 수 있게 한다. 두께 범위가 대략 0.010-0.060 인치인 반경방향 시일(10)의 여러 경우에 대하여 부착부(28)에 적합하다고 알려져 있다. 그러나, 부착부(28)의 두께는 또한 스프링 부재(20)의 일부분으로 제공되는 실링 압력이 프로파일의 두께에 따라 그 길이부를 따라서 유사하게 변한다는 결과에 의하여 도 2, 5 및 6에 도시된 바와 같이 상기 부착부의 길이를 따라서 변할 수 있다. 상기 두께는 여러 적당한 프로파일에 따라 변할 수 있다. 도 2, 도 5 및 도 6에 있어서, 프로파일 두께는 최대 두께(t2)로부터 최소 두께(t1)로 선형으로 변한다. 프로파일 두께는 도시된 바와 같이 선형으로 변할 수도 있거나 또는 인벌루트, 콘벌루트 또는 다른 곡선형의 프로파일을 가질 수 있다. 섹션 두께 프로파일은 스프링 부재(20)의 스프링 특성을 물론 변경시킬 것이고, 시일(10)과 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)을 초래하는 스프링 압축력은 본 명세서에 보다 상세하게 기재된 바와 같이 중간끼워맞춤 상태로 샤프트(38) 상에 설치된다. 1-6, the
프리스트레스된 불소중합체 시일(32)은 바람직하게 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로부터 성형된다. 종래기술에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 불소중합체 시일(32)에 사용되는 PTFE와 같은 불소중합체는 불소중합체의 기계적, 마찰공학적 또는 여러 특성을 변경하는데 사용되는 여러 충전재나 또는 다른 재료에 포함될 수도 있다. 불소중합체 시일(32)의 프리스트레스된 상태는 프리폼(72, preform)의 플라스틱 변형과 불소중합체 시일(32)에서의 프리스트레스와 같은 잔여 내부 스트레스의 합레벨을 충분히 생성하기 위하여, 불소중합체 프리폼(72, 도 8 참조) 바람직하게는 PTFE 워셔나 중공의 디스크를 신장시킴으로써 만들어진다. 시일의 길이부에 따른 프리스트레스의 크기와 프리스트레스 프로파일은 본 명세서에 보다 상세하게 기재한 바와 같이 영향을 받을 수 있고 변할 수 있다. 시일(10)은 프리스트레스되고 낮은 계수의 마찰 불소중합체 시일(32)의 외부 또는 접합면(34)을 시일 부착부(28)의 접합면(30)과 결합하는 접합 중간끼워맞춤부(33)도 포함한다. 시일 부착부(28)는, 시일이 영향을 받게될 맞물림 샤프트(38) 또는 다른 면과 결합될 때, 전체 실링 면(36)을 따라서 프리스트레스된 폴리테트라플루오로에틸렌 시일과 같은 마찰 불소중합체 시일(32)의 프리스트레스되고, 미끄럽고, 낮은 비율의 실링 접촉을 제공하도록 작동된다. 불소중합체 시일(32)은 홈이 바람직하게 시일의 유체측이나 오일측으로 경사져 있는 상태에서, 연속한 나선형, 헬리컬형 또는 나사부가 형성된 홈과 같은 홈(60)을 실링면(36)과 결합할 수 있다. 이러한 홈 또는 홈의 패턴은 잘 알려져 있고, 반경방향 시일(10)과 실링면의 상대회전에 따라서 유체역학의 펌핑을 작동시킨다. 홈(60, 또는 복수의 홈(60))의 깊이는 그 길이부를 따라서 일정할 수 있거나, 불소중합체 시일의 일단부로부터 다른 단부까지 깊이가 변할 수 있다. 연속한 홈(60)은 또한 반경방향 시일(10)이 작동하는 동안에 시일될 유체를 정지시키거나 축적하는데 잘 알려져 사용되고 있는 하나 이상의 불연속 원주방향 홈 또는 채널(도시 생략)과 함께 또는 별개로 포함된다. 홈(60)이 연속이거나, 불연속이거나 또는 조합되었던 간에, 코이닝 또는 기계가공과 같은 매우 잘알려진 성형 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 연속이거나 또는 불연속이거나 또는 이들의 조합인 홈(60)이 코이닝이나 기계가공과 같은 공지된 성형 방법을 사용하여 성형될 수 있다. 홈(60)은 선택적으로 실링면(36)에 형성된 상승 리브로 이루어질 수 있다. 불소중합체 시일(32)은 엘라스토머를 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 외부면 상에 직접적으로 사출성형 함으로써 연결되는 것처럼 종래 수단에 의하여 엘라스토머 케이싱(18)의 부착부(28)의 접합 중간끼워맞춤부(30)에 접합 중간끼워맞춤부(33)에서 화학적으로 접합되는 것이 바람직하다. 엘라스토머 케이싱을 성형하는데 사용되고 불소중합체 시일(32)과 부착부(28)의 화학적 접합에 영향을 미치는 방법은 잘 알려져 있다.The
강성 케이싱(12), 엘라스토머 케이싱(18) 및 프리스트레스된 불소중합체 시일(32) 뿐만 아니라 반경방향 시일(10)의 여러 요소가 시일(10)의 길이방향 축선을 중심으로 반경방향으로 향하게 된다. 반경방향 시일(10)이 샤프트(38)에 설치될 때 반경방향 시일(10)의 길이방향 축선(40)은 샤프트(38)의 길이방향 축선과 일치하는 것이 바람직하다. 그러나, 제조 공차 허용치 때문에, 약간의 오정렬, 어느 한 축선의 오프셋, 비평행 또는 이들의 조합이 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 반경방향 시일(10)이 샤프트(38)와 관련해 선택되고 특정치수로 만들어져서, 샤프트(38)의 샤프트 실링면(46)과 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 실링면(36) 사이에 실링면(36)의 전체 길이부에 따라 중간 끼워맞춤이 있는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위하여, 샤프트(38)는 반경방향 시일(10)을 샤프트(38) 상에 결합하고 설치하는 것을 향상시키기 위하여 챔퍼(42)나 베벨이나 이와 유사한 리드인 에지(lead-in edge, 48)를 자유 단부나 설치 단부에서 전형적으로 결합한다. 샤프트(38)의 자유 단부나 설치 단부의 리드인 에지(48)와 챔퍼(42)의 일 부분이 반경방향 시일(10)의 설치 단부(44)의 반경으로 중간 끼워맞춤이 일어나는 한편, 챔퍼(42)의 대향된 단부(50)에서의 반경이 샤프트(38)와 반경방향 시일(10)과 관련된 상기 기재한 중간 끼워맞춤이 일어나도록, 챔퍼(42)의 점증하는 반경이 대체로 선택된다.
일반적으로 중간 끼워맞춤이 챔퍼(44)의 길이부를 따라서 어느 곳에 발생되도록 설계된다. PTFE와 같은 불소중합체 시일 요소를 통합하는 시일에 대한 종래의 시일 설계에서 잘 알려진 바와 같이, 불소중합체 시일(32)이 실링 면(36)에서 소정의 실링 압을 샤프트(38)의 실링 면(46)에 가하도록 중간끼워맞춤의 정도가 선택된다. 도 1-도 6에 도시된 바와 같이, 반경방향 시일(10)은 화살표 52의 방향으로 반경방향 시일(10)을 이동시킴으로써 또는 반대방향으로 샤프트(38)를 반대로 이동시킴으로써 샤프트(38)에 설치되어, 총 접착 면(36)이 실링 면(46)과 실링 접촉 상태에 있게 된다. 샤프트(38)의 실링 면(46)을 따라서 불소중합체 실링 요소(32)의 총 실링 면(36)의 이러한 완전 접촉은 본 발명의 중요한 특징이며 시일 설계에서 관련 기술을 뛰어 넘는 중요하고도 장점이 되는 향상을 나타낸다. 도 1에 도시된 본 발명의 실시예는, 시일의 자유 단부와 설치 단부(44)가 시일의 공기 측(100)으로부터 멀리 그리고 오일 측, 보다 상세하게는 시일의 유체 측(200)에 가장 근접하도록 정위된다는 점에서, 전통적인 반경방향 시일(10) 위치맞춤을 나타낸다. 반경방향 시일(10)이 샤프트(38)에 조립될 때, 부재번호 200으로 지시된 구역 은 둘러쌓이고 시일된 구역이며 오일 측으로 인용되는 한편, 부재번호 100으로 지시된 구역은 시일된 구역의 외측이며 공기 측으로 인용된다.Generally, an intermediate fit is designed to occur anywhere along the length of the
강성의 케이싱(12)은 도 1-도 6에 여러 형상으로 도시되었고, 반경방향 시일(10)에 전반적으로 사용하는데 필요하고 다른 시일 요소의 소정의 형상에 따라 임의의 적당한 형상을 갖는다. 강성의 케이싱(12)은 금속 케이싱인 것이 바람직하고 스틸과 같은 임의의 적당한 금속으로 성형될 수 있다. 강성의 케이싱(12)은 적당한 강성의 엔지니어링 플라스틱이나 플라스틱 합성물로부터 성형될 수 있다. 강성의 케이싱(12)은 일반적으로 축방향 케이스 부(13)와 반경방향 케이스 부(15)를 구비한다. 엘라스토머 케이싱은 축방향 케이싱 부(13)와 반경방향 케이싱 부(15) 중 어느 하나 또는 양자에 접합될 수 있다.The
엘라스토머 케이싱(18)은 불소엘라스토머, 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 니트릴(nitrile), 경화 니트릴(hydrogenated nitrile)이나 실리콘이나 이와 유사한 열경화성 엘라스토머, 또는 적당한 열가소성 엘라스토머와 같은 열경화성 폴리머 엘라스토머를 포함한 실제로 임의의 엘라스토머일 수 있다. 엘라스토머 케이싱(18)의 엘라스토머 재료는 시일의 작동 온도, 시일될 유체와 관련된 내화학성이나 융화성, 강성의 케이싱(18)과 불소중합체 시일 요소(32)의 재료를 갖는 접합 및 다른 융화성, 및 다른 인자와 같은 사용상 요구조건과 관련하여 대체로 선택될 수 있다. 엘라스토머 케이싱(18)은 상기 케이싱의 외부면(14)이나 내부면(16) 중 적어도 어느 하나에 접합되어 부착되고, 시일의 설계에 따라 접합될 수 있다. 강성 케이싱(12)의 엘라스토머 케이싱(18)의 위치는 상기 기재한 바와 같이 그리고 기술 상 잘 알려진 바와 같이, 엘라스토머 케이싱(18)과 관련된 정적 실링 요구조건과 관련하여 결정될 것이다. 도 1-도 6에 있어서, 반경방향 시일(10)의 정적 실링부(54)는 강성의 케이싱(12)의 외부면(14)에 엘라스토머 케이싱(18)의 일부분을 접합함으로써 성형된다. 도 2를 살펴보면, 불소중합체 시일(32)과 관련하여 한 구역으로부터 먼지나 다른 오염물질을 배출하기 위하여 하나 이상의 엘라스토머 배출 립(58) 뿐만 아니라 하나 이상의 엘라스토머 정적 실링 립(56)을 포함하는, 반경방향 시일(10)의 다른 특징부를 부가적으로 통합할 수 있다. 엘라스토머 실링 립(56)은 반경방향 시일(10)과 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 공기측(100)에 위치되고, 샤프트(38) 상에 실링 압력을 없게 하거나 또는 최소의 실링 압력을 제공하기 위하여, 특히 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 동적 실링 작동을 방해하지 않도록 설계되고 치수가 결정되는 것이 바람직하다. 실링 립(56)은 내연기관과 같은 반경방향 시일(10)을 통합한 장치를 조립하는 동안에 인-프로세스 여압(in-process pressurization)과 (즉, 오일 측(200)으로부터의) 공기 누출 시험을 용이하게 하기 위하여 정적 시일로서 대체로 사용된다. 실링 립(56)은 또한 상기 립이 샤프트와 접촉할 때 일시적으로 동적 시일로서 작동할 수 있으나, 시일의 공기 측에 위치되고 오일과 같은 윤활유에 전형적으로 노출되지 않기 때문에, 상기 장치를 사용하는 동안에 샤프트의 회전에 의해 급속하게 마모된다. 실링 립(56)은 또한 프리스트레스된 시일(32) 근방의 샤프트(38)의 일 부분에서 외부 원으로부터 먼지를 배출하도록 작동되는 제 1 먼지 배출 립(58)으로 작동한다. 실링 립(56)은 또한 반경방향 시일이 공기 측(100)으로부터 가압되는 경우처럼, 장치와 관련된 압 력 테스트에 따라 응답하는 경우를 제외하고는 샤프트에 실링 압력을 가하지 않도록 설계될 수 있다. 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)로부터, 먼지와 같은 오염물질을 배출하도록 작동하기 위하여 배출 립(58)이 위치되고 형성된다. 또 다른 배출 립은 도 2 및 도 13에 도시된 바와 같이 통합될 수 있다. 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 동적 실링 특성에 나쁜 영향을 미치지 않으면서 실링 립(56)과 배출 립(58)을 통합하기 위한 능력이 본 발명의 중요한 장점 중 하나이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 3을 살펴보면, 반경방향 시일(10)은, 불소중합체 시일(32)의 자유 단부가 콘벌루트식 넥부(22)를 구비한 반경방향 시일(10)의 공기측(100)에 더욱 근접하고 상기 공기측과 마주한다는 점에서 뒤집혀 놓여있는 구성이다. 3 shows another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 4의 반경방향 시일은, 도 4의 반경방향 시일(10)이 상기 기재한 바와 같이 시일(10)의 공기측(100)에 정적 공기 시일을 제공하도록 엘라스토머 실링 립(56)을 포함한다는 것을 제외하고는 도 3의 시일과 동일하다. 도 4의 시일은 부가적으로, 부착부(28)의 자유 단부에 부착된 하나 이상의 부가 배출 립(58, 도시 생략)을 또한 포함할 수 있다. 4 shows another embodiment of the present invention. The radial seal of FIG. 4 indicates that the
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 5를 살펴보면, 반경방향 시일(10)은, 불소중합체 시일(32)의 자유단부가 벨로우즈 형상의 넥부(22)를 구비한 반경방향 시일(10)의 오일측에 더 근접하고 상기 오일측과 마주한다는 점에서 종래의 레이다운 구성을 취한다. 이러한 실시예는 또한 부착부(28)의 길이부를 따라 변하는 두께를 나타낸다. 5 illustrates another embodiment of the present invention. 5, the
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 6의 반경방향 시일은 도 6의 반경방향 시일(10)이 상기 기재한 바와 같이 시일의 공기측에 정적 시일을 제공하기 위하여 엘라스토머 실링 립(56)을 포함한다는 것을 제외하고는, 도 5의 시일과 동일하다. 정적 시일(56)은 또한 먼지 배출 립(58)으로서 작동한다. 이러한 시일의 구성은 또한 상기 설명된 바와 같이 하나 이상의 추가적인 배출 립(58, 도시 생략)을 통합할 수 있다. 6 shows another embodiment of the present invention. 6, except that the
도 7은 반경방향 샤프트(38) 상에 설치된 본 발명의 반경방향 시일(10)을 도시하고 있다. 실링면(36)의 총 길이는 오일과 실링 접촉한 상태에서 공기측(100)으로 새나가는 오일측(200) 상의 상기 오일을 시일하도록 작동된다. 나선형 홈(60)은 반경방향 시일(10)과 샤프트(38)의 상대 회전에 따라 오일측(200) 쪽 뒤 공기측(100)과 자유단(44) 쪽으로 이동하는 오일을 펌프하도록 작동된다.7 shows a
도 8-도 12에 있어서, 본 발명의 일측 면에 따른 반경방향 샤프트 시일(10)을 제조하거나 만들기 위한 방법(300)이 개시되어 있으며, 상기 방법은: 내경부와 외경부를 갖는 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)을 성형하기 위하여 맨드릴 장치(64)를 사용한 내경부(62)와 적어도 내경부(62)에 대한 외경부(74)를 구비한 불소중합체 시일 프리폼(72)을 신장시키는 단계(310); 주형 공동(70)을 갖는 주형(66)에서 접합면(34)과 실링면(36)을 구비한 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)을 위치시키는 단계(320), 이 단계에서는 접합면(34)이 주형 공동(70)에 노출됨; 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)에 근접한 주형 공동(70) 내에 강성의 케이싱(12)을 위치시키는 단계(330); 및 상기 강성 케이싱(12)에 접합되고 그 내부 에 위치된 엘라스토머 케이싱(18)을 성형하기 위하여 그리고 상기 강성의 케이싱(12)을 따라서 축선방향으로 그리고 상기 케이싱으로부터 반경방향 내측으로 뻗어있는 축선방향 스프링 부재(20)를 구비하도록 엘라스토머 재료를 주형 공동(70)으로 유도하는 단계(340);로 이루어지며, 상기 축선방향 스프링 부재(20)는 엘라스토머 케이싱(18)으로부터 뻗어있는 넥부(22)와 상기 넥부(22)에 부착되고 접합면(30)을 구비한 시일 부착부(28)로 이루어지고, 상기 접합면은 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 접합면(34)을 시일 부착부(28)의 접합면(30)과 접합하는 본드(33)를 구비하며, 시일 부착부(28)는 샤프트(38)의 맞물림 면(46)과 결합될 때, 전체 실링면(36)을 따라서 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)과 실링 접촉하도록 작동된다. 방법(300)은 2003년 2월 13일자의 미국특허 출원번호 제10/366,253호(대리인 화일 번호 71024-211)에 개시된 바와 같이 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)을 성형하는 유사한 방법을 사용하고, 상기 특허문헌은 본 명세서에서 전반적으로 참조하였다. 상기 특허출원의 시일은, 상기 시일의 엘라스토머 요소가 동적 반경방향 시일의 일 부분으로 이루어지고 불소중합체 실링 요소가 상기 불소중합체 요소의 전체 길이부를 따라서 시일하지는 않는다는 점에서, 본 발명의 시일과 다르지만, 불소중합체 요소를 신장하고 프리스트레스 하는 방법은 상기 방법(300)의 측면과 유사하다.8-12, a
프리스트레스된 불소중합체 시일(32)은 평평한 원통형 불소중합체 워셔(72)와 같은 불소중합체 시일 프리폼(72)으로 초기에 스트레스받지 않거나 신장되지 않는다. 워셔는 두께의 범위가 대략 0.010 내지 0.060 인치인 것이 바람직하다. 외 경부(74)와 내경부(62)는, 이들 차이의 절반이 반경방향 시일(10)의 제 2 또는 실링면(36)의 길이를 결정하도록 선택된다. 도 8, 도 9A 및 도 9B를 살펴보면, 평평한 불소중합체 워셔(72)는 맨드릴의 상단부(76)에 놓여 있다. 맨드릴(64)의 상단부(76)의 직경은 불소중합체 워셔(72)의 내경부(62)보다 더 작다. 팽창가능한 퓨셔나 설치 공구(78)는 복수의 별도의 팽창가능한 핑거부(80)와 같은 팽창가능한 하부 섹션을 구비한 플런저의 형태이다. 설치 공구가 화살표 84에 의하여 도시된 방향으로 맨드릴(64)과 평평한 워셔(72)와 접촉해 이동함에 따라 팽창가능한 핑거부(80)는 각각 평평한 워셔(72)와 결합하는데 사용되는 접촉면(82)을 구비한다. 도 9A 및 도 9B에 도시된 바와 같이, 팽창가능한 푸셔 또는 설치 공구(78)의 핑거부(80)가 맨드릴(64)의 테이퍼진 외부면(86)을 따라서 이동하므로, 팽창가능한 핑거부(80)의 접촉면(82)은 불소중합체 워셔(72)의 상부면(88)과 결합하며 상기 워셔는 그것을 맨드릴(64)의 외부면(86) 아래로 미끄러지게 한다. 맨드릴(64)은 하나 이상의 테이퍼를 가지며 맨드릴(64)의 하부면(87)의 직경이 불소중합체의 워셔의 내경부(62)보다 적어도 더 크도록 형성된다. 테이퍼는 선형 프로파일을 갖는 것으로 도시되었으나, 콘벌루트나 인벌루트 프로파일을 또한 가질 수도 있다. 이를 테면 포스트 면, 맨드릴(64)과 주형(66)의 관련 부분의 크기와 함께 프리폼(72)의 크기는 불소중합체 시일 프리폼(72)에 실행되는 신장량과 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)에 분담된 프리스트레스량을 결정한다. 맨드릴(64)의 하부면(87)의 직경은 불소중합체 시일 프리폼(72)의 외경보다 크도록 워셔(72)와 맨드릴(64)이 선택된다. 따라서, 워셔(72)는 내경부(62)와 외경부(74) 양자에 확실하게 프리스트레 스된다. 워셔(72)가 맨드릴(64)의 외부면(86) 아래로 미끄러짐에 따라, 가소성으로 신장되거나 변형되어 워셔가 프리스트레스된다. 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 길이부를 따른 스트레스의 레벨은 불소중합체 워셔(72)의 내경부(62)에 인접한 워셔(72)의 일부분이 외경(74)에 인접한 일부분보다 더 큰 정도로 신장되기 때문에 변할 수 있다. 워셔(72)의 내경부(62)는 바람직하게 맨드릴(64)을 따라서 플런저(78)를 낮춤으로써 불소중합체 시일(32)의 내경부(62)와 프리스트레스 제 1 단부(90)가 팽창하도록 바람직하게 도 9A 또는 도 9B에 도시된 바와 같이 원추형으로 신장된다. 외경부(74)는 또한 맨드릴을 따라서 아래로 미끄러짐에 따라 팽창되어, 불소중합체 시일(32)의 제 2 단부(92)를 프리스트레스 시킨다. 도 9A에 도시된 실시예에 있어서, 제 1 단부(90)에서의 내부 스트레스의 양은 변형이 더 크게 일어나기 때문에, 제 2 단부(92)에서의 내부 스트레스의 양보다 더 크다. 신장시키는 단계(310)에 있어서, 불소중합체 워셔(72)는 프리스트레스된 시일(32)을 성형시키기 위하여 신장된다. 워셔(72)는 시일(32)에서 프리스트레스의 소정량을 나타내기 위하여 내경의 최소 크기의 대략 5 내지 180 퍼센트까지 신장되고, 보다 상세하게는 내경의 최초 크기의 대략 5 내지 120 퍼센트의 범위내에서 신장된다. 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)은 엘라스토머 재료와 성형되기 전에 신장되고 프리스트레스된 상태로 유지되고, 다양한 방식의 어닐링 또는 스트레스를 제거하는 여러 방법과 같은 내부 스트레스를 경감시키기 위한 어느 한 단계를 거치지는 않는다. The
방법(300)은 주형(66)의 포스트면(66)과 결합하도록 주형(66)에서 프리스트 레스된 불소중합체 시일(32)을 위치시키는 단계(320)로 진행한다. 도 9A에 있어서, 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 제 2 단부(92)는, 제 1 단부(90)와 프리스트레스된 시일(32)이 도시된 방향으로 되기 전에 제 1 쇼율더(94) 상을 통과한다. 선택적으로, 도 9B에 있어서, 제 1 단부(90)가 제 1 쇼율더(94) 상에서 가압되는 동안에 제 2 단부를 핑거부 위쪽으로 굴림으로써 상기 제 2 단부(92)가 제 1 쇼율더(94) 상을 통과하지 못하도록 방지하는 것처럼, 시일이 제 1 쇼율더(94) 상을 미끄러짐에 따라 상기 시일을 주의깊게 조정함으로써, 제 2 단부(92)와 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)이 도시된 교호의 방향으로 위쪽으로 끝이 나기 전에 현재 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 제 1 단부(90)는 제 1 쇼율더(94) 상을 통과한다. 맨드릴(64)과 제 1 쇼율더(94)는 제 1 단부(90)와 제 2 단부(92)의 정위를 용이하게 하기 위하여 구성될 수 있다. 정위를 변경시키기 위한 능력은 특히 장점이 되는데, 이것은 프리스트레스된 시일이 동일한 주형을 사용하여 대향된 방향에서 프리스트레스의 보다 높은 레벨로 향하게 하여, 주형을 변경하지 않고도 프리스트레스된 불소중합체 시일(32)의 구성이나 적어도 2개의 실시예에서 성형을 가능하게 하기 때문이다. The
프리스트레스된 불소중합체 시일을 위치시키는 단계(320) 다음에, 시일(32)은 주형(66)에 위치되고 포스트 면(68)에 결합되고, 제 2 쇼율더(96)에 놓여있는 것이 바람직하다. 도 8에 도시된 바와 같이, 맨드릴(64)이 주형(66)의 중심 요소(96)의 일부분(도시 생략)으로 이루어지거나, 별도의 (그리고 제거가능한) 요소로 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 포스트 면(68)이 약간 아래로 뻗어있는 테이 퍼를 구비한 것처럼 도 8, 도 9A 및 도 9B에 도시되어 있으며, 상기 포스트 면은 제 1 단 직경부(69)와 제 2 단 직경부(71)를 구비하고, 상기 제 2 단 직경부는 상기 제 1 단 직경부 보다 더 크다. 선택적으로, 포스트 면은 상향으로 뻗어있는 테이퍼(도시 생략)를 구비하여, 제 1 단 직경부(69)가 제 2 단 직경부(71) 아래에 위치하고 제 2 단 직경부는 제 1 단 직경부 보다 더욱 크다. 프리스트레스된 시일(32)은 상기 기재한 구성 중 어느 한 구성으로 상기 포스트 면에 위치할 수 있다. 포스트 면이 테이퍼지는 곳에서, 상기 포스트 면(68)은 도 9A 및 도 9B에 도시된 바와 같이 선형의 테이퍼를 구비할 수 있거나, 인벌루트나 콘벌루트 테이퍼를 구비할 수 있다고 여겨진다. 선택적으로, 포스트 면은 주형(66)의 길이방향 축선(67)에 대략 평행한 직선의 프로파일(도시 생략)이나, 또는 오목, 볼록 또는 여러 만곡된 프로파일, 또는 벨로우즈 형상이나 복합 형상의 프로파일과 같은 여러 복합 프로파일을 구비할 수 있다고 여겨진다. Following the
신장된 불소중합체 시일이 주형 내에 위치되기 전에 또는 위치된 이후에, 방법(300)은 주형(66) 내의 강성의 케이싱(12)을 위치시키는 단계(330)를 포함한다. 하나 이상의 맞물림 주형 요소(예를 들면, 요소(98, 102, 104, 106, 108)와 같은)는, 특히 주형 요소(98, 102, 104, 106 및 108)가 주형 공동(70)을 성형하기 위하여 제 위치로 이동하는 동안에, 강성의 케이싱(12)을 주형(66)에 위치시키기 위하여 쇼율더(110)와 같은 하나 이상의 위치결정 특징부를 구비하는 것이 바람직하다. Before or after the stretched fluoropolymer seal is placed in the mold, the
강성의 케이싱(12)이 주형(66) 내에 위치된 이후에, 도 12에 도시된 바와 같이, 방법(300)은 여러 공지된 주형 기술 중에서 어느 한 기술을 사용하여 엘라스토 머 재료를 주형 공동(70)으로 유도하는 단계로 진행한다. 엘라스토머 재료는 강성의 케이싱, 프리스트레스된 불소중합체 시일(32), 및 반경방향 시일(10)의 의도된 사용 환경과의 조화 가능성을 위하여 공지된 기준을 사용하여 선택된다. 적당한 엘라스토머 재료가 주형 공동(70)으로 유도되고, 본 발명의 엘라스토머 케이싱(18)과 일체형 반경방향 시일(10)을 성형하기 위하여 전형적으로 높여진 온도 및/또는 압력에서 경화(cure)될 수 있다. 성형 이후에, 부가적으로 또 다른 이후 경화 작동이 있을 수 있다.After the
프리스트레스 되거나 또는 신장된 상태에서 불소중합체 시일(32)을 유지하기 위하여, 종래 기술의 설계에서, 게다가 크림프된 시일 설계에 전형적으로 사용된 제 2 강성 케이싱(12) 보다 덜한 불소중합체를 사용하는 반경방향 샤프트 시일을 제공되어 상당한 절약이 가능하다. In order to maintain the
도 13을 살펴보면, 본 발명의 반경방향 시일(10')은 2점 쇄선으로 도시되었으며, 이는 성형된 상태(as-molded condition)를 나타내고 있다. 전형적으로 주형(66)으로부터 추출된 후에, 반경방향 시일은 도 13에서 실시예로서 도시된 마무리된 반경방향 시일(10) 형상을 성형하고 성형 플래싱을 제거하기 위하여 트림된다. 트리밍은 성형된 시일(10', as-molded seal)로부터 플래싱을 제거하거나 트림하기 위하여 공구를 사용하여 커팅, 쉐어링 그렇지 않으면 플래싱으로부터 시일을 제거함으로써 실행될 수 있다. 선택적으로, 성형된 시일(10')은 위치(120)에서 얇게된 섹션(도시 생략)을 제공하도록 적용될 수 있으며, 상기 위치에서 커팅 또는 다른 제거 공구를 필요로 하지 않으면서 플래싱을 찢거나(tearing) 리핑(ripping) 함으로써 플래싱을 제거하도록 작동된다. Referring to FIG. 13, the radial seal 10 'of the present invention is shown in dashed-dotted line, which represents an as-molded condition. After being typically extracted from the
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